PPEA-BMW i3-SS16-Präsentation

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PPEA-BMW i3-SS16-Präsentation

  1. 1. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 1 Projektgruppe BMW i3: Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul Mentoren: Prof. Dr. phil. Dr. techn. habil. Harald Neudorfer, Jeongki An, M.Sc. Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe Quelle: BMW AG
  2. 2. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 2 Teamaufbau M.Sc. Elektro- und Informationstechnik • Nicolas Bohlender (B.Sc. ETIT) M.Sc. Energy Science and Engineering • Kunxiong Ling (B.Sc. MB) • Stephen Paul (B.Sc. UI) ETIT UIMB
  3. 3. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 3 Gliederung • Grundlagen und Rahmenbedingungen  Motivation  Antriebskonzept des BMW i3  Wichtige technische Daten • Analyse und Synthese des Antriebsstrangs  Modellierung des Antriebsstranges  Analytische Berechnungen  Antriebssimulation mittels MATLAB / Simulink • Simulationsergebnisse und Sonderuntersuchungen  Simulationsergebnisse  Plausibilitäts- und Parameteruntersuchung  Wirtschaftlichkeitsanalyse • Fazit und Diskussion Quelle: BMW AG
  4. 4. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 4 GRUNDLAGEN UND RAHMENBEDINGUNGEN Elektromobilität und BMW i3
  5. 5. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 5 Motivation | Netzbedarf von Energiespeicher – Ein Beispiel Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  6. 6. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 6 Motivation | Politische Rahmenbedingungen in Deutschland • F&E  Energiespeicher  Fahrzeugtechnik  System- und Netzintegration • Rahmenbedingungen  Klimaschutz  Innovations- und Beschäftigungsimpulse  Raum- und Infrastrukturplanung  Nachwuchsförderung • Märkte  Marktvorbereitung (2009 - 2011)  Markthochlauf (2011 - 2016)  Volumenmarkt (2017 - 2020)  Ziel: Leitmarkt Elektromobilität → Antriebstechnik
  7. 7. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 7 Konzept von BMW i3 | Fahrmodule Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=f_FrS5GHVD4
  8. 8. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 8 Technische Daten BMW i3 60 Ah 94 Ah Leergewicht nach DIN 1195 kg 1245 kg Batteriekapazität (netto) 18,8 kWh 27,2 kWh Spitzenleistung 125 kW Rekuperationsleistung bis 50 kW Max. Drehmoment 250 Nm Höchstgeschwindigkeit 150 km/h Beschleunigung 0-100 km/h 7,2 s 7,3 s Elektrische Reichweite (NEFZ) 190 km 312 km Verbrauch pro 100 km (NEFZ) 12,9 kWh 12,6 kWh Preis Grundausstattung 34.950 € 36.150 € Quelle: BMW AG
  9. 9. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 9 ANALYSE UND SYNTHESE DES ANTRIEBSSTRANGES Modellierung und Simulation
  10. 10. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 10 GETRIEBEBATTERIE WR+MOTOR Modellierung des Antriebsstranges QUELLE ANTRIEB 𝑃batt 𝑃zu 𝑃mot 𝑃ab 𝑃zu ′ 𝑃mot ′ 𝑣 𝑃ab ′ REKUPERATION 𝑃batt ′ ሶ𝑣 < 0 BORDNETZ 𝑃bord ENERGIEWANDLERENERGIEQUELLE
  11. 11. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 11 Motor- und Wechselrichterwirkungsgrad nach BRUSA
  12. 12. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 12 Analytische Berechnungen | BMW i3 60 Ah v in km/h 30 50 80 130 Steigung in % 0 3 5 0 3 5 0 3 5 0 3 5 FRoll in N 169,5 169,4 169,3 173,8 173,7 173,6 184,0 183,9 183,7 227,2 227,1 226,9 FLuft in N 31,0 31,0 31,0 86,1 86,1 86,1 220,4 220,4 220,4 581,9 581,9 581,9 FSteig in N 0,0 351,5 585,4 0,0 351,5 585,4 0,0 351,5 585,4 0,0 351,5 585,4 FFahr in N 200,5 552,0 785,7 259,9 611,3 845,1 404,3 755,8 989,5 809,0 1160,5 1394,2 PAntrieb in kW 1,7 4,6 6,5 3,6 8,5 11,7 9,0 16,8 22,0 29,2 41,9 50,3 PMotor in kW 1,7 4,8 6,8 3,7 8,8 12,2 9,3 17,4 22,8 30,3 43,4 52,2 ηM+WR 0,5 0,8 0,8 0,7 0,9 0,9 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 PBatt in kW 3,7 5,9 8,2 5,8 10,4 14,0 12,1 19,8 25,5 34,5 48,9 58,7 tEntladung in h 5,0 3,2 2,3 3,2 1,8 1,3 1,6 0,9 0,7 0,5 0,4 0,3 Reichweite in km 151,4 96,2 69,1 162,2 90,8 67,0 124,0 75,8 58,9 70,9 50,0 41,6
  13. 13. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 13 Analytische Berechnungen | Mögliche Reichweiten
  14. 14. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 14 Antriebssimulation mittels MATLAB / Simulink
  15. 15. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 15 SIMULATIONSERGEBNISSE UND SONDERUNTERSUCHUNGEN Fahrzyklen-, Plausibilität- und Wirtschaftlichkeitsanalyse
  16. 16. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 16 Simulationsergebnisse | Konstante Geschwindigkeit 151,4 96,2 69,1 162,2 90,8 67 124 75,8 58,9 70,9 50 41,6 160,9 97,6 70 170,2 91,7 67,4 126,3 75,8 58,5 69,8 48,4 39,9 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 30 km/h 0 % 30 km/h 3 % 30 km/h 5 % 50 km/h 0 % 50 km/h 3 % 50 km/h 5 % 80 km/h 0 % 80 km/h 3 % 80 km/h 5 % 130 km/h 0 % 130 km/h 3 % 130 km/h 5 % Reichweiteinkm Berechnung Simulation Δ 6,3 % 1,5 % 1,3 % 4,9 % 1,0 % 0,6 % 1,9 % 0 % -0,7 % -1,6 % -3,2 % -4,1 %
  17. 17. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 17 Simulationsergebnisse | Fahrzyklen HYZEM-Urban NEFZ HYZEM-Rural AMS HYZEM-Highway Reichweite >>>> Energie- verbrauch <<<< ~~
  18. 18. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 18 Vergleich der Simulation mit den Vorgaben von BMW 137,4 160,9 126,3 190 160 130 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 NEFZ (60 Ah) 30 km/h konstant (60 Ah) 80 km/h konstant (60 Ah) Reichweiteinkm Simulation Vorgabe BMW Δ -27,6 % 0,5 % -2,8 %
  19. 19. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 19 Plausibilitäts- und Parameteruntersuchung -48,8 -77,6 42,6 23,6 22,4 10,4 49,1 -101,4 -130,2 -10 -29 -30,2 -42,1 -3,5 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 Berücksichtigung einer Heizung unter Vortemperierung (2,5 kW) Fahren unter konstanter Steigung von 5 % Luftwiderstand vernachlässigen Verwenden der Batteriebruttokapazität Verringerung des Gewichts auf 150 kg Erhöhung des Motorwirkungsgrades um 5 % NEFZ-Prüfstand Reichweiteänderunginkm Veränderung der simulierten Reichweite Verbleibende Differenz NEFZ-Reichweite nach BMW
  20. 20. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 20 Wirtschaftlichkeitsanalyse | Vergleichsfahrzeuge BMW i3 94 Ah BMW 1er F20 118i Nissan Leaf Acenta 30 kWhQuelle: BMW AG Quelle: BMW AG Quelle: Nissan Automobil AG
  21. 21. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 21 Wirtschaftlichkeitsanalyse | Technische Daten Fahrzeug BMW i3 94 Ah BMW 1er F20 Nissan Leaf Motor PSM Elektromotor 4-Zylinder Benzin AC-Synchron Maximale Leistung 125 kW (170 PS) 125 kW (170 PS) 80 kW (109 PS) Maximales Drehmoment 250 Nm 250 Nm 254 Nm Höchstgeschwindigkeit 150 km/h 225 km/h 145 km/h Leermasse 1245 kg 1410 kg 1545 kg Batterie Lithium-Ionen - Lithium-Ionen Tankinhalt - 52 l - Batteriekapazität (netto) 27.2 kWh - 30 kWh Reichweite lt. Hersteller bis 312 km bis 850 km bis 250 km Testverbrauch lt. ADAC 16,7 kWh/100 km 6,1 l SP/100 km 20,4 kWh/100 km
  22. 22. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 22 Wirtschaftlichkeitsanalyse | Neupreis und Unterhaltungskosten Kraftfahrzeug BMW i3 94 Ah BMW 1er F20 Nissan Leaf Neupreis 36.150 € 28.650 € 34.384 € abzl. 4000€-Prämie 32.150 € 0 € 30.384 € Versicherung 78 €/Mon. 91 €/Mon. 91 €/Mon. Kfz-Steuer 0 €/Mon. 6 €/Mon. 0 €/Mon. Kraftstoff 0 €/Mon. 135 €/Mon. 0 €/Mon. Elektrizität 52 €/Mon. - 63 €/Mon. Wartung 20 €/Mon. 34 €/Mon. 18 €/Mon. Unterhaltungskosten ges. 150 €/Mon. 266 €/Mon. 172 €/Mon. Kosten pro km 12 Cent/km 21,28 Cent/km 13,76 Cent/km Wertverlust 472 €/Mon. 384 €/Mon. 133 €/Mon.
  23. 23. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 23 Wirtschaftlichkeitsanalyse | Spezifische Kosten ≈ 2,20 €/km ≈ 0,80 €/km ≈ 0,40 €/km
  24. 24. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 24 Fazit Quelle: BMW AG • BMW i3 besser geeignet für Stadtverkehr als für Autobahnfahrt • Reichweite für HYZEM-Stadtzyklus bis zu 223 km (für 94 Ah) erreichbar • Abweichungen zwischen Herstellerangaben und Simulation aufgrund nicht bekannter Parameter bei Laborversuchen • Gute Annäherung an Herstellerangabe mittels Parametervariation möglich
  25. 25. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 25 Projektgruppe BMW i3: Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul Mentoren: Prof. Dr. phil. Dr. techn. habil. Harald Neudorfer, Jeongki An, M.Sc. Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quelle: BMW AG
  26. 26. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 26 Literaturangaben • BMW-MEDIENINFORMATION: Technische Daten BMW i3. Gültig ab 07/2016 • HEISSING, B. ; ERSOY, M. ; GIES, S. : Fahrwerkhandbuch. 4. Auflage. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden, 2013 (ATZ / MTZ-Fachbuch). – ISBN 978–3–658–01991–4 • MITSCHKE, M. ;WALLENTOWITZ, H. : Dynamik der Kraftfahrzeuge. 5., überarb. u. erg. Aufl. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2014 (VDI-Buch). – ISBN 978–3–658–05067–2 • NEUDORFER, H. : Weiterentwicklung von elektrischen Antriebssystemen für Elektro-und Hybridstraßenfahrzeuge. Österreichischer Verband für Elektrotechnik, 2010 • NEUDORFER, H. ; BINDER, A. : Skript Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe. 2016 • NEUDORFER, H. ; BINDER, A. ; WICKER, N. : Analyse von unterschiedlichen Fahrzyklen für den Einsatz von Elektrofahrzeugen. In: e & i Elektrotechnik und Informationstechnik 123 (2006), Nr. 7, S. 352–360 • NISCHLER, G. ; GUTSCHI, C. ; BEERMANN, M. ; STIGLER, H. : Auswirkungen von Elektromobilität auf das Energiesystem. In: e & i Elektrotechnik und Informationstechnik 129 (2011), Nr. 161, S. 53–57
  27. 27. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 27 Internetquellen • https://www.energy-charts.de/power_de.htm - abgerufen am: 5. Juli 2016 • https://www.bmbf.de/files/nationaler_entwicklungsplan_elektromobilitaet.pdf - abgerufen am: 1. Juli 2016 • http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Pressemitteilungen/2016/069-dobrindt-kabinettbeschluss- elektromobilitaet.html?linkToOverview=DE%2FPresse%2FPressemitteilungen%2Fpressemitteilungen_node.h tml%23id217572 - abgerufen am: 1. Juli 2016 • http://www.bmw.de/de/neufahrzeuge/bmw-i/i3/2015/erleben.html - abgerufen am 3. Juli 2016 • https://www.adac.de/_ext/itr/tests/Autotest/AT5053_BMW_i3/BMW_i3.pdf - abgerufen am 1. Juli 2016 • https://www.press.bmwgroup.com/usa/article/detail/T0156045EN_US/bmw-i3-market-launch - abgerufen am 1. Juli 2016 • http://www.zeit.de/politik/deutschland/2016-04/bundesregierung-elektroautos-subvention-kaufpraemie - abgerufen am 3. Juli 2016 • http://de.mathworks.com/help/ - abgerufen am 1. Mai 2016
  28. 28. 10.07.2016 | Praxisorientierte Projektierung elektrischer Antriebe | SS 2016 | Projektgruppe BMW i3 | Nicolas Bohlender, Kunxiong Ling, Stephen Paul | 28 Konzept von BMW i3 | Ladezyklus Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=btHN_pW8jLQ

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